DE102005046493A1 - Luftfeder für eine Niveauregelanlage eines Kraftfahrzeuges - Google Patents
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Abstract
Luftfeder 4 für eine Niveauregelanlage eines Kraftfahrzeuges mit einem oberen und einem unteren Endteil 6, 8 DOLLAR A einem druckdicht dazwischen eingespannten, flexiblen, aus elastomerem Material bestehenden, schlauchförmigen Balg 10, der von axial innen nach axial außen zumindest die folgenden Lagen enthält: DOLLAR A - eine erste Lage 1 aus elastomerem Material, DOLLAR A - eine zweite Lage 2 aus elastomerem Material, die Festigkeitsträger enthält, DOLLAR A - eine dritte Lage 3 aus elastomerem Material, DOLLAR A wobei die erste Lage 1 zwei Teillagen 1a, 1b aus elastomerem Material enthält, wobei die radial äußere Teillage 1b mit einer Matrix aus Fasern verstärkt ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Luftfeder für eine Niveauregelanlage eines Kraftfahrzeuges mit
- – einem oberen und einem unteren Endteil,
- – einem druckdicht dazwischen eingespannten, flexiblen, aus elastomeren Material bestehenden, schlauchförmigen Balg, der von axial innen nach axial außen zumindest die folgenden Lagen enthält: – eine erste Lage aus elastomerem Material, – eine zweite Lage aus elastomerem Material, die Festigkeitsträger enthält, – eine dritte Lage aus elastomerem Material.
- Luftfedern für eine Niveauregelanlage eines Kraftfahrzeuges, deren schlauchförmiger Balg aus mehreren Lagen besteht, sind aus dem Stand der Technik, z.B. der
DE 19738468 A1 und der WO 2004/018895 A1, seit langem bekannt. Derartige Luftfedern wurden in einem Kraftfahrzeug bisher hauptsächlich dazu verwendet, den Fahrzeugaufbau gegenüber den Rädern zu federn. In diesem Fall können im Bereich einer Luftfeder aufgrund der Nähe einer Bremsscheibe und möglicherweise aufgrund der Nähe des Motors erhöhte Temperaturen entstehen. Den erhöhten Temperaturen halten moderne Luftfedern stand, solange in ihnen nur ein geringer Innendruck bis maximal 20 bar vorliegt. In modernen Kraftfahrzeugen sollen die Luftfedern jedoch neben der Federung des Fahrzeugaufbaus auch zur Dämpfung der Schwingungen des Fahrzeugaufbaus mit Hilfe der Luft in den ihnen eingesetzt werden. Hierbei wird die Schwingungsenergie in der Luftfeder in Wärme umgewandelt, so dass die Temperatur im Inneren der Luftfeder gegenüber einer herkömmlichen Luftfeder nochmals ansteigen kann. Darüber hinaus ist eine wirksame Luftdämpfung bei den üblichen Bauraumverhältnissen nur möglich, wenn die Bälge der Luftfedern unter hohem Innendruck von 30 bar und mehr stehen. Es kann in einer Luftfeder, die gleichzeitig zur Dämpfung herangezogen wird, also dazu kommen, dass auf den schlauchförmigen Balg gleichzeitig eine hohe Temperatur und ein hoher Innendruck einwirken. Es hat sich gezeigt, dass eine Luftfeder der eingangs genannten Art diesen Randbedingungen auf Dauer nicht standhält. So kann es aufgrund des hohen Innendruckes in der Luftfeder dazu kommen, dass bei hohen Temperaturen das aufgeweichte Material der ersten Lage durch die Festigkeitsträger in der zweiten Lage hindurchgedrückt wird. Dies kann auf Dauer zu Luftundichtigkeiten in dem schlauchförmigen Balg der Luftfeder führen. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftfeder zu schaffen, deren Balg gleichzeitig einer hohen Temperatur und einem hohen Innendruck standhält.
- Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die erste Lage zwei Teillagen aus elastomerem Material enthält, wobei die radial äußere Teillage, im Folgenden Faserlage genannt, mit einer Matrix aus Fasern verstärkt ist.
- Die Fasern werden vorzugsweise direkt bei der Herstellung der radial äußeren Teillage in das Elastomer dieser Lage eingemischt.
- Der mit der Erfindung erzielte Vorteil ist darin zu sehen, dass der schlauchförmige Balg der Luftfeder gleichzeitig hohen Innendrücken von 30 bar und mehr und hohen Temperaturen von 80°C und mehr standhalten kann. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Elastomer der Faserlage, das mit den Fasern vermischt ist, nur unter sehr großem Kraftaufwand durch die Zwischenräume in der Festigkeitsträgerlage (dies ist die zweite Lage) hindurchgedrückt werden kann, da die Fasern die Zwischenräume "verstopfen". Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die dynamischen Eigenschaften der ersten Lage und damit des schlauchförmigen Balges trotz der Faserlage weitestgehend erhalten bleiben. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich die einzelnen Fasern in der Faserlage bei einer dynamischen Belastung des Balges in Längsrichtung der Luftfeder gegeneinander verschieben und aneinander "vorbeischieben" können. Gleichzeitig kann die radiale innere Oberfläche der Faserlage zur Abdichtung des schlauchförmigen Balges auf einfache Art und Weise mit einer luftdichten Schicht versehen werden.
- Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 sind die Fasern weitestgehend homogen in der Faserlage verteilt. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass bei einem hohen Innendruck in den Luftfedern sämtliche Zwischenräume zwischen den Festigkeitsträgern in der Festigkeitsträgerlage durch die Fasern "verstopft" werden, so dass die Luftdichtigkeit des Balges über seine gesamte Länge gewährleistet ist.
- Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 kommen in der Faserlage auf 100 Gewichtsteile des Kautschuks in dem elastomeren Material 5–20 Gewichtsteile der Fasern (in die Faserlage kommt also eine Menge an Fasern von 5–20 phr). Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass sich die Härte der Faserlage durch die genannte Menge an Fasern bereits so stark steigern lässt, dass die erhöhten Anforderungen an Temperaturbeständigkeit und Druckbeständigkeit erfüllt werden können. Gleichzeitig werden die dynamischen Eigenschaften der Faserlage nicht zu stark negativ beeinflusst, da sich aufgrund der hinzugefügten Fasern der Elastizitätsmodul der Faserlage nur geringfügig erhöht.
- Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 ist die Oberfläche der Fasern mit einem Haftvermittler versehen. Als Haftvermittler kann z.B. ein RFL-Dip verwendet werden. Aufgrund des Haftvermittlers verbinden sich die Fasern gut mit dem umliegenden elastomeren Material der Faserlage. Mit der Weiterbildung wird der Vorteil erreicht, dass dauerhaft eine homogene Verteilung der Fasern in der Faserlage und damit dauerhaft eine Funktionstüchtigkeit der Faserlage gewährleistet ist.
- Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 bestehen die Fasern aus Cellulose. Als Cellulose können z.B. Baumwollfasern, Flachsfasern oder Zellstofffasern Gewählt werden. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass Cellulose-Fasern preiswert sind und sich gut mit einem Haftvermittler versehen lassen.
- Gemäß einer Weiterbildung der ersten Erfindung nach Anspruch 6 ist die radial innere Teillage der ersten Lage eine luftdichte und temperaturbeständige Lage, die im Vergleich zu der Faserlage eine (vorzugsweise wesentlich) geringere Härte aufweist. Eine wesentlich geringe Härte im Sinne ist dann gegeben, wenn die Shore-Härte der radial inneren Teillage mindestens 10% geringer ist als die Shore-Härte der Faserlage. Der Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die radial innere Teillage ausschließlich im Hinblick auf Luftdichtigkeit und Temperaturbeständigkeit ausgelegt werden kann. Die mechanischen Eigenschaften brauchen nicht berücksichtigt zu werden, da die mechanische Beständigkeit der ersten Lage auch bei hoher Temperatur und hohem Innendruck durch die Faserlage herbeigeführt wird. Es ist deshalb möglich, die radial innere Teillage gezielt auf Luftdichtigkeit und Temperaturbeständigkeit zu spezialisieren. Ein Kompromiss im Hinblick auf zusätzlich notwendige mechanische Eigenschaften dieser Teillage ist nicht notwendig.
- Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7 enthält die zweite Teillage von axial innen nach axial außen zumindest die folgenden Lagen:
- – eine erste Lage mit Festigkeitsträgern,
- – eine Zwischenlage aus elastomerem Material,
- – eine zweite Lage mit Festigkeitsträgern.
- Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Festigkeitsträger in der ersten Lage einen bestimmten Winkel zur Längsachse der Luftfeder einnehmen können und in der zweiten Lage die Festigkeitsträger einen entgegengesetzt orientierten, vom Betrag her gleichen Winkel zur Längsachse der Luftfeder einnehmen können, jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass durch die Festigkeitsträger in der zweiten Lage eine Art „engmaschiges Netz" entsteht, durch das die Fasern der Faserlage auch bei hohem Innendruck in der Luftfeder nur unter sehr hohem Kraftaufwand hindurchzudrücken sind (das „engmaschige Netz" wird durch die Fasern frühzeitig „verstopft").
- Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit den nachstehenden Figuren erläutert, darin zeigt:
-
1 eine Luftfeder in schematischer Darstellung, -
2 einen Ausschnitt aus1 , -
3 einen Ausschnitt aus2 . -
1 zeigt in schematischer Darstellung eine Luftfeder4 mit einem oberen Endteil6 in Form eines Luftfederdeckels6 und einem unteren Endteil8 in Form eines Abrollkolbens8 . Zwischen dem Luftfederdeckel6 und dem Abrollkolben8 ist luftdicht ein schlauchförmiger Balg10 mit Hilfe von Spannringen12 und14 eingespannt. An seinem unteren Ende ist der Balg10 unter Ausbildung einer Abrollfalte an dem Abrollkolben8 befestigt. Der schlauchförmige Balg10 besteht aus einem flexiblen, elastomeren Material. Der Balg10 ist von einer Ausführung22 umschlossen, die radiale Kräfte aufnehmen kann. -
2 zeigt den in der1 mit II bezeichneten Ausschnitt des Balges10 in Vergrößerung und im Querschnitt (die Außenführung22 ist nicht gezeigt). Der schlauchförmige Balg10 besteht von axial innen (diese Seite ist in der2 mit „i" bezeichnet) nach radial außen (diese Seite ist in der2 mit „a" bezeichnet) aus den folgenden Lagen (vom „Innenraum der Luftfeder in radialer Richtung zum „Außenraum" der Luftfeder betrachtet), die jeweils direkt aneinander grenzen: - – eine erste Lage
1 aus elastomerem Material, - – eine
zweite Lage
2 aus elastomerem Material, die Festigkeitsträger16 enthält, - – eine
dritte Lage
3 aus elastomerem Material. - Die erste Lage
1 besteht aus zwei Teillagen1a ,1b aus elastomerem Material, wobei die radial äußere Teillage1b , im Folgenden Faserlage1b genannt, mit einer Matrix aus Fasern18 verstärkt ist. Die einzelnen Fasern18 sind als kleine Schnipsel oder Klumpen ausgebildet und homogen in der Faserlage1b verteilt. Wenn in dem Luftvolumen der Luftfeder4 , das von dem Balg10 luftdicht umschlossen wird (siehe1 ) ein hoher Innenluftdruck herrscht, so wird auf die Teillage1a und auf den Balg10 insgesamt ein hoher Druck und somit eine hohe radiale Kraft (da der Außenluftdruck sehr viel kleiner ist) ausgeübt. Herrscht in dem Luftvolumen gleichzeitig eine hohe Temperatur, so kann es dazu kommen, dass die erste Lage1 in axialer Richtung gegen die zweite Lage2 gedrückt wird. Hierbei "verstopfen" die Fasern18 die Zwischenräume zwischen den einzelnen
Festigkeitsträgern16 (ähnlich wie Blätter ein Sieb verstopfen können), so dass eine hohe Druckfestigkeit und Temperaturbeständigkeit des Balges10 gegeben ist. - Auf 100 Gewichtsteile des Kautschuks in dem elastomeren Material der Faserlage
1b kommen 5–20 Gewichtsteile der Fasern18 . Die Fasern18 bestehen z.B. aus Cellulose, z.B.
aus Baumwollfasern, Flachsfasern oder Zellstofffasern und sind auf ihrer Oberfläche mit einem Haftvermittler, z.B. RFL-Dip versehen. - Die Teillage
1a ist als luftdichte und temperaturbeständige Lage ausgebildet, die im Vergleich mit der Faserlage1b eine wesentlich geringere Härte aufweist. Die Teillage1a kann z.B. während der Herstellung des Balges10 auf die Teillage1b aufgestrichen werden. Alternativ ist es möglich, die Teillagen1a und1b als separate Lagen auszubilden, die während der Herstellung des Balges10 aufeinander gelegt werden und durch Vulkanisation miteinander verbunden werden. - Die Lage
2 besteht von axial innen nach axial außen gesehen aus den folgenden Teillagen: - – eine erste
Teillage
2a mit Festigkeitsträgern16 , - – eine
Zwischenlage
2b aus elastomerem Material, - – eine
zweite Teillage
2c mit Festigkeitsgträgern16 . - Die
3 zeigt in schematischer Darstellung, wie die Festigkeitsträger16 in den Teillagen2a ,2c (siehe auch2 ) liegen. Die Festigkeitsträger16 in der Teillage2a nehmen zu der Längsachse20 der Luftfeder6 (siehe auch1 ) einen Winkel α ein. Die Festigkeitsträger16 in der Teillage2c nehmen zu der Längsachse20 einen Winkel β ein, der den gleichen Betrag hat wie der Winkel α, jedoch bezüglich der Längsachse20 das entgegengesetzte Vorzeichen hat. Durch die Ausrichtung der Festigkeitsträger16 in den Teillagen2a ,2c entsteht in der Lage2 eine Art "engmaschiges Netz". Die "Maschen" dieses Netzes werden durch die Fasern18 (siehe2 ) schnell verstopft, wenn auf den Balg10 ein hoher Luftinnendruck wirkt. Infolgedessen kann auch bei einer hohen 5 Temperatur im Innern der Luftfeder kein elastomeres Material aus der Lage1 (siehe2 ) durch die Festigkeitsträger16 hindurch nach radial außen gedrückt werden. Somit ist eine hohe Dichtigkeit des Balges10 gewährleistet. -
- 1
- erste Lage
- 2
- zweite Lage
- 3
- dritte Lage
- 4
- Luftfeder
- 6
- oberes Endteil
- 8
- unteres Endteil
- 10
- Balg
- 12
- Klemmring
- 14
- Klemmring
- 16
- Festigkeitsträger
- 18
- Fasern
- 20
- Längsachse
- 22
- Außenführung
Claims (8)
- Luftfeder (
4 ) für eine Niveauregelanlage eines Kraftfahrzeuges mit – einem oberen (6 ) und einem unteren Endteil (8 ), – einem druckdicht dazwischen eingespannten, flexiblen, aus elastomerem Material bestehenden, schlauchförmigen Balg (10 ), der von axial innen nach axial außen zumindest die folgenden Lagen enthält: – eine erste Lage (1 ) aus elastomerem Material, – eine zweite Lage (2 ) aus elastomerem Material, die Festigkeitsträger (16 ) enthält, – eine dritte Lage (3 ) aus elastomerem Material, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lage (1 ) zwei Teillagen (1a ,1b ) aus elastomerem Material enthält, wobei die radial äußere Teillage (1b ), im Folgenden Faserlage (1b ) genannt, mit einer Matrix aus Fasern (18 ) verstärkt ist. - Luftfeder (
4 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (18 ) in der Faserlage (1b ) homogen verteilt sind. - Luftfeder (
4 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Faserlage (1b ) auf 100 Gewichtsteile des Kautschuks in dem elastomeren Material 5–20 Gewichtsteile der Fasern (18 ) kommen. - Luftfeder (
4 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Fasern (18 ) mit einem Haftvermittler versehen ist. - Luftfeder (
4 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (18 ) aus Cellulose bestehen. - Luftfeder (
4 ) nach einem der Ansprüche 1 bis S, dadurch gekennzeichnet, dass die radial innere Teillage (1a ) der ersten Lage (1 ) eine luftdichte und temperaturbeständige Lage ist, die im Vergleich mit der Faserlage (1b ) eine geringere Härte aufweist. - Luftfeder (
4 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lage (2 ) von axial innen nach axial außen zumindest die folgenden Teillagen enthält: – eine erste Teillage (2a ) mit Festigkeitsträgem (16 ), – eine Zwischenlage (2b ) aus elastomerem Material, – eine zweite Teillage (2c ) mit Festigkeitsträgem (16 ). - Schlauchförmiger Balg (
10 ) aus elastomerem Material für eine Luftfeder (4 ), der von axial innen nach axial außen zumindest die folgenden Lagen enthält: – eine erste Lage (1 ) aus elastomerem Material, – eine zweite Lage (2 ) aus elastomerem Material, die Festigkeitsträger (16 ) enthält, – eine dritte Lage (3 ) aus elastomerem Material, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lage (1 ) zwei Teillagen (1a ,1b ) aus elastomerem Material enthält, wobei die radial äußere Teillage (1b ) mit einer Matrix aus Fasern verstärkt ist.
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